南京信息工程大學(xué)碩士研究生招生入學(xué)考試

考試大綱

科目代碼：F04

科目名稱：數(shù)值預(yù)報(bào)理論及應(yīng)用

第一部分 目標(biāo)與基本要求

本課程是氣象科學(xué)的一門專業(yè)課，主要介紹數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理和基本方法：首先介紹大氣運(yùn)動(dòng)的基本方程組、地圖投影及坐標(biāo)變換等數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)知識(shí);在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)講述數(shù)值計(jì)算方案的基本原理;結(jié)合所講述的基本知識(shí)和基本原理，重點(diǎn)介紹正壓原始方程模式、斜壓原始方程模式的設(shè)計(jì)及其數(shù)值解法;并簡(jiǎn)單介紹了正壓渦度方程譜模式的設(shè)計(jì)原理;最后對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)的初、邊值問(wèn)題和物理過(guò)程的參數(shù)化問(wèn)題進(jìn)行一定的介紹。

本課程的目標(biāo)和基本要求是：學(xué)生能夠系統(tǒng)地理解數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的基本原理;切實(shí)地掌握制作數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的方法;初步具備設(shè)計(jì)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式的能力;為從事數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)、數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品釋用、數(shù)值模擬研究等打下基礎(chǔ)。

第二部分 內(nèi)容與考核目標(biāo)

第一章、 大氣運(yùn)動(dòng)的基本方程組及垂直坐標(biāo)變換

1、掌握σ坐標(biāo)系的定義，熟悉σ坐標(biāo)系方程組的優(yōu)缺點(diǎn);

 

2、掌握大氣運(yùn)動(dòng)方程組垂直坐標(biāo)變換的基本方法;

3、了解數(shù)值模式的基本分類，理解過(guò)濾模式和原始方程模式的區(qū)別。

第二章、 地圖投影坐標(biāo)系中的大氣運(yùn)動(dòng)基本方程組

1、熟悉地圖投影相關(guān)的基本概念;

2、掌握正形投影的基本概念;

3、熟悉常見(jiàn)的三種地圖投影的主要特點(diǎn);

4、理解地圖投影坐標(biāo)系下網(wǎng)格點(diǎn)上地圖放大系數(shù)的主要計(jì)算步驟;

5、理解拉密系數(shù)的物理意義;理解地圖投影坐標(biāo)系中拉密系數(shù)和地圖放大系數(shù)的關(guān)系;

6、熟悉水平坐標(biāo)變換的方法，會(huì)利用水平坐標(biāo)變換得到地圖投影坐標(biāo)系的方程組。

第三章、 數(shù)值計(jì)算方案

1、熟悉差分方法的主要思想，掌握差分格式的構(gòu)造方法;

2、熟悉差分格式需滿足的基本性質(zhì);

3、掌握確定差分格式線性穩(wěn)定性判據(jù)的方法，能對(duì)不同類型差分格式的穩(wěn)定性進(jìn)行分析;

4、掌握常用時(shí)間積分格式的構(gòu)造方法;熟悉常用時(shí)間積分格式的基本特點(diǎn);

5、理解有限差分格式所引起的各種誤差;了解減少這些誤差的方法;

6、掌握非線性計(jì)算不穩(wěn)定現(xiàn)象、產(chǎn)生的原因，并理解其常用的抑制方法;

7、理解平滑對(duì)波動(dòng)的波長(zhǎng)、波數(shù)、振幅等的影響;

8、 掌握正平滑、逆平滑和正逆平滑對(duì)不同波長(zhǎng)波動(dòng)的影響;

9、 掌握三點(diǎn)平滑、五點(diǎn)平滑和九點(diǎn)平滑的使用方法。

第四章、 正壓原始方程模式

1、了解正壓原始方程模式的設(shè)計(jì)思想、模式的基本特點(diǎn);

2、熟悉應(yīng)用有關(guān)假設(shè)，導(dǎo)出模式的預(yù)報(bào)方程;

3、掌握正壓原始方程模式具有的積分性質(zhì);

4、了解正壓原始方程模式線性穩(wěn)定性判據(jù)的推導(dǎo)，理解模式時(shí)間積分步長(zhǎng)的選擇依據(jù);

5、理解守恒差分格式的概念;

6、熟悉差分算符的表示方法;

7、掌握一次守恒格式和二次守恒格式的概念及其構(gòu)造方法，熟悉正壓原始方程模式二次守恒格式的構(gòu)造方法;

8、掌握三步法時(shí)間積分格式的構(gòu)造方法;

9、掌握正壓原始方程模式顯式時(shí)間積分方案的設(shè)計(jì)方法;

10、熟悉六點(diǎn)隱式時(shí)間積分格式的構(gòu)造方法及其特點(diǎn)，了解半隱式格式的構(gòu)造方法及其特點(diǎn)。

11、掌握模式的數(shù)值求解的方法;熟悉正壓原始方程模式的設(shè)計(jì)流程，會(huì)編制正壓原始方程模式。

第五章、 斜壓原始方程模式

1、理解斜壓原始方程模式與正壓原始方程模式的差別;

2、了解設(shè)計(jì)斜壓原始方程模式的基本思想;

3、熟悉斜壓原始方程模式所采用的基本方程組及其積分性質(zhì);

4、掌握斜壓模式的垂直分層和守恒的垂直差分格式的構(gòu)造方法;

5、熟悉數(shù)值求解斜壓原始方程模式的主要內(nèi)容。

第六章、 正壓渦度方程譜模式

1、理解譜模式與有限差分模式在數(shù)值求解上的差別;

2、了解譜模式的展開(kāi)函數(shù)和因變量的選擇;

3、掌握球諧函數(shù)的定義和性質(zhì)、兩種基本的波數(shù)截?cái)喾椒?

4、了解離散傅里葉變換DFT與勒讓德變換的基本概念;理解進(jìn)行離散傅里葉變換DFT與勒讓德變換的必要性;

5、掌握正壓渦度方程譜模式的求解步驟。

第七章、 初邊界條件及模式的物理過(guò)程參數(shù)化

1、熟悉模式初始化的基本概念、基本方法;

2、熟悉有限區(qū)域數(shù)值模式中采用的水平側(cè)邊界條件及其處理方法;

3、了解模式中的主要物理過(guò)程;掌握物理過(guò)程參數(shù)化的基本概念及其對(duì)模式的重要性;

4、理解行星邊界層參數(shù)化和郭氏積云對(duì)流參數(shù)化方案在模式中的構(gòu)建思路;

5、掌握資料同化基本概念;

6、了解主要的資料同化方法及其發(fā)展過(guò)程。

第三部分 有關(guān)說(shuō)明與實(shí)施要求

1、基本要求：

本課程對(duì)各考核點(diǎn)的能力要求一般分為三個(gè)層次，并用相關(guān)詞語(yǔ)描述：

較低要求——了解

一般要求——理解、熟悉、會(huì)

較高要求——掌握

2、命題說(shuō)明：

(1) 本課程的命題考試是根據(jù)本大綱規(guī)定的考試內(nèi)容來(lái)確定的，適當(dāng)掌握試題的內(nèi)容、覆蓋面、能力層次和難易度。

(2) 試題主要題型有: 選擇題、名詞解釋、簡(jiǎn)答題和綜合題四種題型。

(3) 其難易度分為易、較易、較難、難四級(jí)，在試卷中四種難易度分?jǐn)?shù)比例約為2：3：3：2。

(4) 各章考題所占分?jǐn)?shù)大致如下：

第一章—第二章，10~20%，第三章—第四章，50~60%，第五章—第七章，20~30%

3、參考書目:

《數(shù)值天氣預(yù)報(bào)》沈桐立主編，氣象出版社，2015年5月

4、其他規(guī)定：

考試方式為閉卷筆試，總分 150 分，考試時(shí)間為180 分鐘。